环境水动力数值模拟的研究现状与展望

水动力数值模拟为水环境中污染物的迁移转化提供了重要的背景。水动力数值模拟的发展经历了数值计算、单因素模拟、多因素模拟3个阶段。本文在分析了环境水动力数值模拟的发展过程与研究现状的基础上,结合当前学科发展动态,预测了其未来研究的主要方向。     

基于水质响应系数的浅水湖泊水环境容量计算方法

根据湖泊污染物迁移转化机理、质量守恒原理,提出浅水湖泊污染物浓度场稳定判别方法。根据湖泊浓度场稳定后水质控制点污染物浓度与各入湖河道污染物通量的响应关系,构建多入湖河流水质响应系数矩阵,并采用线性规划法求解浅水湖泊各入湖河道水环境容量。与常规方法相比,该方法充分考虑了多入湖河流入湖污染物通量的叠加影响,提高了湖泊水环境容量的计算精度。     

浅水型湖泊水温日成层现象的初步探讨——以太湖为例

水温是湖泊环境研究中的重要物理参数之一。本文以典型浅水型湖泊———太湖为研究对象,根据连续定点监测资料,分析了太湖的水温结构及其影响因素,证明了日成层现象的存在,并从物理、化学和生物学角度论述了水温分层现象对湖泊水质的影响。     

湖泊水环境预测及污染的综合治理措施

湖泊水环境污染问题是世界性的环境问题，本文根据湖泊水的特点及水污染的现状，主要论述了湖泊水体的污染评价方法，及水环境预测方法在湖泊水体治理中的重要作用，并综合分析了富营养化的湖泊水治理措施。     

基于流场分析的人工湖设计研究

在人工湖设计研究中考虑湖泊流场分析,通过优化调整湖泊形态以改善人工湖水动力条件,维持水体水质情况。以临漳新城区人工湖为例,利用MIKE21模型对初步湖泊形态的流场情况进行模拟,并对调整后的湖泊形态进行验证分析。基于流场模拟结果和周边土地利用类型提出人工湖驳岸建设方案,为城市新区人工湖设计提供科学依据。     

太湖生态模拟系统构建与应用

湖泊生态系统模拟在湖泊富营养化研究中发挥着越来越重要的作用，是湖泊生态生态系统管理的重要手段。湖泊生态系统模型及其相关软件的发展经历了从简单的回归模型、单一的营养盐平衡模型到目前复杂的生态系统动力学模型。本文详细的介绍了湖泊生态模拟的原理、结构框架设计、功能、运行环境及参数等特性，借助太湖有关资料建立了太湖生态系统模拟模型，并对该模型进行了验证分析，验证结果表明该模型在太湖有很好的适应性。     

论有机质在湖泊水环境中的作用

国内外学者在湖泊水环境方面开展了大量的研究,然而主要集中在各种形态氮、磷等营养盐上,对有机质的来源、循环及生态学效应的研究比较缺乏。近期研究表明：有机质是水体及沉积物中的重要组分,沉积物中有机质可经分解、矿化,释放到上覆水体,重新进入营养循环;同时,有机质对重金属及有机污染物的迁移转化有着重要影响。本文简要分析了湖泊有机质已有的研究进展,论述了有机质在湖泊水环境中的重要作用、主要技术突破及难点,指出有机质研究对水环境质量评价、污染控制和生态修复都具有重要意义。研究表明,开展有机质在水环境中循环转化、生物有效性及其与富营养化之间关系的研究,将是湖泊水环境研究领域未来的主要研究方向之一。     

基于数学模型的感潮河网水环境改善方案研究——以上海市金山区浦南东片为例

平原感潮河网地区水环境改善方案制定是一个多目标、多变量的优化问题,以上海市金山区浦南东片为例,通过建立水动力数学模型,研究不同工程方案和调度方案组合下,区域中小河道水动力条件和水环境质量的改善效果。研究表明,通过增加南排杭州湾口门等工程方案,可扩大研究区域的引排水量,对南部、东部片区河道水动力条件改善效果明显;通过灵活运用水资源调度方案,可进一步实现不同片区中小河道水动力的显著提升。     

西班牙河湖水环境保护与治理

在了解西班牙水概况基础上,通过整理西班牙地图册河湖水库信息和相关文献河湖水库资料,统计分析西班牙大型水库和湖泊数量及分布特征,河湖水库水环境、水资源及污染治理情况,梳理其地表水环境监测及评价状况,总结了西班牙水环境保护治理与管理方面的有益经验。其中水环境水资源统一由一个部门集中管理以及发挥用水户灌溉协会参与管理的积极作用,对我国水环境管理与保护具有一定的借鉴意义。     

碟形越浪式波能发电装置的三维数值模拟

基于计算流体力学软件的三维数值模拟技术,分析了碟形越浪式波能发电装置的越浪性能,通过构建基于水气两相VOF(Volume of Fluid)模型的三维数值波浪水槽对该装置进行三维数值模拟研究,数值计算结果与物理试验结果相互对比验证较为吻合,验证了所构建的三维数值波浪水槽的可靠性,通过考察装置的坡度、导流叶片个数、干舷高度对越浪性能的影响确定装置的最优结构参数。结果表明,在装置的斜坡面边缘增加回流板可减少波浪的反射,提高装置的越浪性能。在数值模拟中将装置的斜坡面边缘处安装回流板对碟形越浪式波能发电装置参数进行优化,通过分析回流板的长度对装置越浪性能的影响来探索最优回流板长度。     

连云港埒子口海域潮动力特征及其变化

为研究连云港埒子口海域潮流动力特征及其对周边海岸工程的响应,以及为治理埒子口闸下淤积问题提供参考,建立了基于有限体积法离散二维浅水方程的数值模型。采用实测水文资料对模型率定和验证,应用模型分析埒子口潮流动力特征和建设徐圩港防波堤和灌河口导堤后埒子口海域潮流动力的变化。模拟结果表明,建设工程后潮流动力变化较大,埒子口海域涨急流和落急流方向改变,涨、落潮平均流速均减小,距离工程区域越近,流速变化越大。埒子口海域潮流动力减弱将会加重上游挡潮闸的闸下淤积问题,致使埒子口排水不畅,进而增加沂北地区的洪涝风险,所以,相关部门应及时采取措施,保证埒子口排涝畅通。     

煤矸石酸雨淋滤特征的研究

本文对重庆中梁山煤矸石在自然酸度和模拟酸雨下静态态及动态淋溶特征进行了研究。结果表明,淋出液成弱碱性,其中的铅、锌、铬、镍、铜和铁等元素的浓度均超过了水综合排放标准和地面水环境质量标准规定的阈值;在模拟酸雨中上述离子的溶出能力强于在于蒸溜水中;温度升高时各元素及总离子的淋出量增大。     

蒙古湖泊水环境保护及管理

通过对蒙古地图集和收集相关资料进行分析统计,了解其湖泊水环境保护及管理措施。蒙古国属于内陆国家,是典型的干旱、半干旱地区,水资源较少,主要的水资源载体如河流、湖泊数量较少,且分布不均。近年来,由于人类活动和气候变化的影响,河流、湖泊面临着水体面积萎缩、断流及水污染、环湖沿河土地荒漠化等环境问题。因此,蒙古政府加大对河湖水资源保护和水污染治理力度,通过制定符合国情的水资源管理政策和水制度,从宏观层面加强对水资源的利用和保护;通过发展先进节水技术和水污染处理技术,改善水资源短缺和水环境恶化等问题。     

网络版摘要

白洋淀夏季叶绿素a与环境因子的相关性研究 白洋淀 草型湖泊 叶绿素a 环境因子 相关性 采用回归统计方法分析白洋淀水产养殖区水质监测数据,研究白洋淀浅水草型湖泊夏季水体叶绿素a与环境因子的相关性,建立相应的回归方程。研究表明,白洋淀浅水草型湖泊水体叶绿素a含量与水温、pH、DO、COD、高锰酸盐指数呈显著正相关;叶绿素a与NH4^＋-N、NO3^-／-N呈负相关,与NO2／-N无明显相关,与TN无显著正相关;而叶绿素a与TP呈一定的正相关,白洋淀浅水草型湖泊可能是磷限制性湖泊。     

湖泊蓝藻水华数字化预警系统构建探讨

构造湖泊蓝藻水华数字化预警系统是我国湖泊水环境管理的一个重要方向。本文探讨了构建湖泊蓝藻水华数字化预警系统的若干技术问题,包括：（1）数字化预警数学模式。提出需重视流域尺度的氮磷营养物和沉积动态输入以及营养物、沉积物对水生态结构动力过程的影响,建立非点源模型和湖泊生态结构动力学模型相耦合的预警数学模型模式;在此基础上提出了各种数学模型的可借鉴模式。（2）湖泊蓝藻水华预警监测技术。总结了常规水质监测的数据筛选方法,探讨了遥感技术和实时传输监测技术在水质监测中的应用模式,提出了实时监测和遥感监测需解决的技术难题和实现方法。（3）湖泊蓝藻数字化预警系统的设计。提出了数学模型系统、水质监控系统的网络化集成设计模式,提出了基于网络化地理信息系统的计算机应用软件实现模式。     

国土空间规划视角下流域水环境改善潜力——以长春市第二松花江流域为例

国土空间规划对新时期流域水环境保护意义重大。本文结合国土空间规划对流域水环境影响的全过程(污染产生—污染排放—污染入河)机制,构建了国土空间规划视角下流域水环境变化评估指标体系和框架。以长春市第二松花江流域为例,利用系统动力学模型和一维水动力模型QUAL2K量化了国土空间规划对流域水环境的影响。结果表明,到国土空间规划近期目标年(2025年),流域水环境状况良好,体现为流域大部分河段COD和NH₃-N达标,水环境容量最小为44.96 kg/d和5.10 kg/d。国土空间规划中的总量目标、环保设施建设和相关布局的实施将会使COD和NH₃-N污染产生量降低52.61%和14.16%;污染排放量降低26.45%和59.09%;水环境容量增加10.68%和57.17%。总体而言,国土空间规划对流域水环境改善潜力巨大,同时改善潜力因不同区域、污染源、污染物而异。本研究提出的评估框架为国土空间规划背景下流域水环境保护提供了思路。     

新疆重点流域水生态环境保护“十四五”规划编制工作全面开展

正为贯彻落实《中华人民共和国水污染防治法》关于江河、湖泊的流域水污染防治规划编制要求,生态环境部办公厅印发了《重点流域水生态环境保护"十四五"规划编制技术大纲》及编制工作组织方案,为做好新疆重点流域水污染防治规划编制工作,根据自治区人民政府要求由自治区生态环境厅牵头组建水环境专项技术组和水环境风险专项技术组,总技术组设在自治区环科院。在接到生态环境厅"十四五"规划重点流域水环境和水环境风险专项任务后,环科院水环境研究所     

新安江水库水环境主要问题及保护对策

新安江水库是钱塘江的重要水源,对保障钱塘江中下游的生态安全和水体功能起着举足轻重的作用。为阐明新安江水库在流域经济发展和人类活动的影响下水环境的主要问题及保护对策,促进饮用水安全保障及构建健康水域生态系统,本文对新安江水库历年的水环境指标、浮游生物群落结构及其变化及水域生态灾变事件资料进行了综合分析。目前新安江水库存在上游来水变差、局部水域藻类异常增殖、渔业生产不合理、营养程度加重等众多问题,但其突出问题是藻类生物量增长过快。新安江水库水环境保护工作要从关注水质向维持生态系统健康转变,并尽快开展生态保育工作,控制流域污染、降低藻类数量、减少藻类异常增殖影响、科学合理渔业生产是其下一步保护的关键。而关于新安江水库的研究,虽然有一定的研究基础和资料,但对水域生态系统缺乏系统认识。研究气候变化条件下新安江水库水域生态系统的结构和功能以及长期演变规律;水利调度导致水位调整对区域水动力学条件、营养物输送过程的影响及评价水利调度对水库重要环境因子和生态系统影响;渔业养殖对水环境的影响,特别是鲢、鳙鱼大水面积养殖对水库生态系统的影响应是今后新安江水库主要的研究领域和方向。     

引水调度改善太湖流域无锡市运东片区水环境方案研究

针对太湖流域近年来水质恶化问题,探究引水调度对太湖流域水环境改善效果。选取太湖流域典型区无锡市运东片区为研究区域,构建一维非稳态水动力水质模型,模拟各引水方案及调度规则对研究区域的水质改善效果。结果表明:白屈港与锡澄运河同时引水调度方案与澄西片引水调度方案结合能够有效改善研究区域水质,各断面水质类别有明显提升,总体水质达标率从现状31.0%提升至65.5%。     

苏州平原河网区湖泊水深与其生态环境关系研究

分布于太湖流域低洼中心的苏南湖泊群,属典型三角洲浅水湖泊类型,大部分地区地面高程均低于当地洪水位。以苏南地区的60个湖泊为研究对象,通过统计分析比较研究了湖泊水深、容积、面积与湖泊富营养化、生物多样性及基本理化指标等的相关关系。研究结果表明,湖泊水深与pH、COD_(Mn)和叶绿素a呈显著负相关,与总氮和氨氮呈显著正相关;与生物多样性呈正相关,与富营养化指数呈负相关,但均不显著。由此可知,湖泊深度可对湖泊富营养化及生物多样性产生影响,但其内在机制比较复杂,并不呈现简单的线性关系。随着生产活动的加剧,包括筑堤围圩在内的一些湖泊取土行为,会对湖泊的生物种质资源等产生深远影响,日后应加强这方面的规范。